Ученые разработали систему воздушного теплового насоса для бройлерных птичников
Исследователи из Турции протестировали воздушный тепловой насос для обогрева коммерческих птичников, объединив экспериментальные измерения с численным моделированием. Система позволила сократить ежегодные расходы на отопление примерно на 44 % по сравнению с традиционным угольным отоплением.
Система теплового насоса
Исследовательская группа из Турции оценила потенциал воздушных тепловых насосов (ВТН) для замены угольного отопления в коммерческих птичниках в регионах с холодным климатом. Сочетая экспериментальные измерения, моделирование методом вычислительной гидродинамики (CFD) и анализ затрат, исследователи пришли к выводу, что система ВТН может снизить годовые затраты на отопление примерно на 44% по сравнению с угольным отоплением, при этом поддерживая оптимальные условия для выращивания цыплят-бройлеров.
«Главная новизна этого исследования заключается в комплексной экспериментальной, численной и технико-экономической оценке использования системы автоматического управления отоплением в качестве прямой замены традиционного угольного отопления в коммерческих птичниках для бройлеров, — рассказал автор-корреспондент Зекерия Парлак. — В этой работе объединены реальные измерения энергопотребления в трех идентичных птичниках для бройлеров на одной ферме, аналитические расчеты потребности в тепле, экспериментально подтвержденные результаты моделирования методом вычислительной гидродинамики (CFD) и сравнительная оценка затрат на отопление».
Парлак сказал, что его команда также планирует изучить возможность интеграции систем рекуперации тепла, фотоэлектрических панелей и аккумуляторных батарей с тепловыми насосами в птичниках. «Цель состоит в том, чтобы оценить потенциальную экономию энергии, производительность системы и инвестиционные затраты на внедрение этих интегрированных технологий, — сказал он. — В частности, мы хотим разработать методику расчета для определения подходящей мощности теплового насоса с учетом вклада систем рекуперации тепла в общую потребность в отоплении».
Исследователи провели исследование на коммерческой птицефабрике в Сакарье, Турция, используя три идентичных птичника, каждый размером 90,3 на 15 метров, с высотой стен 2,1 метра и вместимостью 21 000 цыплят. Два дома отапливались угольными котлами, в то время как в третьем использовалась ASHP, подключенная к резервуару для хранения горячей воды и фанкойлам (FCU). В ходе производственного цикла, начавшегося в январе 2024 года, команда измеряла температуру внутри и снаружи помещений, температуру воды в системе отопления, энергопотребление и параметры вентиляции.
Исследователи также рассчитали потребность в отоплении и разработали CFD-модель с использованием Ansys Fluent для моделирования пяти конфигураций котельных с шестью или семью агрегатами. Моделирование позволило оценить распределение температуры и воздушного потока на разных высотах и было подтверждено экспериментальными измерениями. «Аналитический метод позволил спрогнозировать расход угля с погрешностью всего в 0,14 %, а расход электроэнергии на работу теплового насоса — с погрешностью в 2,21 % по сравнению с измеренными значениями», — сказал Парлак.
«Пожалуй, самым интересным результатом стало то, что количество и режим работы фанкойлов существенно влияли на равномерность распределения тепла, даже когда общая тепловая мощность оставалась неизменной, — говорит Парлак. — При работе всех семи фанкойлов в режиме обогрева распределение температуры и скорости воздуха было наиболее равномерным среди пяти исследованных конфигураций: стандартное отклонение температуры составило 2,28 К, а скорости воздуха — 0,28 м/с». Более того, во всех смоделированных случаях доля площади поперечного сечения, где скорость воздуха была ниже 0,1 м/с, оставалась ниже 1 %. Это указывает на то, что правильная организация распределения воздуха необходима для минимизации застойных зон и улучшения теплового режима для птиц.
Исследователи также сравнили фактические затраты на отопление и предполагаемые годовые расходы за шесть производственных циклов. «Сравнение годовых затрат показало, что при использовании угольного отопления они составляют 15 506,26 доллара, а при использовании теплового насоса — 8692,48 доллара, что примерно на 44% ниже», — сказал Парлак. «Сравнительный анализ также показал, что тепловой насос обеспечивает дополнительную экономию средств — примерно 18 % по сравнению с углем, 42 % по сравнению с природным газом, 48 % по сравнению с мазутом и 65 % по сравнению с прямым электрическим резистивным нагревом в рассматриваемых условиях».
Результаты представлены в статье «Оценка эффективности системы воздушного теплового насоса для обогрева птичников: экспериментальные измерения, CFD-анализ и сравнение затрат», опубликованной в журнале Case Studies in Thermal Engineering. В исследовательскую группу вошли ученые из Университета Сакарья и компании ETA4 Engineering, расположенных в Турции.
Аккумулятор TROJAN J305G-AC https://invertory.ru/product/akkumuljatornaja-batareja-trojan-j305g-ac/